觸覺感測器

觸覺感測器是用於機器人中模仿觸覺功能的感測器。按功能可分為接觸覺感測器、力－力矩覺感測器、壓覺感測器和滑覺感測器等。

基本介紹

• 中文名：觸覺感測器
• 用於：機器人中模仿觸覺功能的感測器
• 功能：重要感覺功能
• 類型：碳素纖維、氣動復位式

介紹

用於機器人中模仿觸覺功能的感測器。觸覺是人與外界環境直接接觸時的重要感覺功能，研製滿足要求的觸覺感測器是機器人發展中的技術關鍵之一。隨著微電子技術的發展和各種有機材料的出現，已經提出了多種多樣的觸覺感測器的研製方案，但目前大都屬於實驗室階段，達到產品化的不多。觸覺感測器按功能大致可分為接觸覺感測器、力－力矩覺感測器、壓覺感測器和滑覺感測器等。

套用

接觸覺感測器用以判斷機器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特徵的感測器。接觸覺感測器有微動開關、導電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動復位式裝置等類型。

①微動開關：由彈簧和觸頭構成。觸頭接觸外界物體後離開基板，造成信號通路斷開，從而測到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時一直接通）微動開關的優點是使用方便、結構簡單，缺點是易產生機械振盪和觸頭易氧化。

②導電橡膠式：它以導電橡膠為敏感元件。當觸頭接觸外界物體受壓後，壓迫導電橡膠，使它的電阻發生改變，從而使流經導電橡膠的電流發生變化。這種感測器的缺點是由於導電橡膠的材料配方存在差異，出現的漂移和滯後特性也不一致，優點是具有柔性。

③含碳海綿式：它在基板上裝有海綿構成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓後,含碳海綿的電阻減小,測量流經含碳海綿電流的大小，可確定受壓程度。這種感測器也可用作壓力覺感測器。優點是結構簡單、彈性好、使用方便。缺點是碳素分布均勻性直接影響測量結果和受壓後恢復能力較差。

④碳素纖維式：以碳素纖維為上表層，下表層為基板，中間裝以氨基甲酸酯和金屬電極。接觸外界物體時碳素纖維受壓與電極接觸導電。優點是柔性好，可裝於機械手臂曲面處，但滯後較大。

⑤氣動復位式：它有柔性絕緣表面，受壓時變形，脫離接觸時則由壓縮空氣作為復位的動力。與外界物體接觸時其內部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點接觸而導電。優點是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。

分類

滑覺感測器用於判斷和測量機器人抓握或搬運物體時物體所產生的滑移。它實際上是一種位移感測器。按有無滑動方向檢測功能可分為無方向性、單方向性和全方向性三類。

①無方向性感測器有探針耳機式，它由藍寶石探針、金屬緩衝器、壓電羅謝爾鹽晶體和橡膠緩衝器組成。滑動時探針產生振動，由羅謝爾鹽轉換為相應的電信號。緩衝器的作用是減小噪聲。

②單方向性感測器有滾筒光電式，被抓物體的滑移使滾筒轉動，導致光敏二極體接收到透過碼盤（裝在滾筒的圓面上）的光信號，通過滾筒的轉角信號而測出物體的滑動。

③全方向性感測器採用表面包有絕緣材料並構成經緯分布的導電與不導電區的金屬球（圖4）。當感測器接觸物體並產生滑動時，球發生轉動，使球面上的導電與不導電區交替接觸電極,從而產生通斷信號,通過對通斷信號的計數和判斷可測出滑移的大小和方向。這種感測器的製作工藝要求較高。